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    3. 魏輔文研究團隊揭示棕色大熊貓毛色變異的遺傳機制

      國寶大熊貓一向以其標志性的黑白毛色為人們所熟知。然而,在秦嶺野生大熊貓種群中,卻出現了一種罕見(jiàn)的毛色突變體——棕白色大熊貓(以下稱(chēng)棕色大熊貓)。1985年,人們在陜西佛坪自然保護區首次發(fā)現并救護了一只雌性棕色大熊貓“丹丹”,丹丹于2000年患病去世。2009年,雄性棕色大熊貓“七仔”在幼年時(shí)于佛坪保護區被發(fā)現,后被救護至陜西樓觀(guān)臺珍稀野生動(dòng)物搶救飼養中心在圈養環(huán)境下正常生活。迄今為止,有實(shí)體或照片的棕色大熊貓僅有七例,其中三例來(lái)自佛坪縣,兩例來(lái)自洋縣,太白、周至二縣各有一例。這種極其稀有的棕白毛色使其愈發(fā)憨態(tài)可掬,大熊貓七仔如今更是國寶中的“明星”。這種非同尋常的棕白毛色表型究竟是如何形成的,又為何僅在秦嶺山系種群中發(fā)現,一直是公眾和研究人員迫切渴望解開(kāi)的謎團。

      中國科學(xué)院動(dòng)物研究所、江西農業(yè)大學(xué)魏輔文院士研究團隊長(cháng)期關(guān)注秦嶺野生大熊貓中出現的罕見(jiàn)棕白毛色表型,利用在佛坪自然保護區長(cháng)期收集的野生大熊貓的生態(tài)學(xué)和遺傳學(xué)數據及圈養繁育信息,建立了與棕色大熊貓七仔相關(guān)的兩個(gè)家系,確定了棕白毛色的常染色體隱性遺傳模式?;谌鷾y序數據的染色體水平大熊貓基因組組裝、七仔兩個(gè)家系的全基因組重測序數據和種群水平的全基因組重測序數據,研究團隊鑒定了Bace2基因第一外顯子25bp缺失突變是棕色大熊貓最有可能的遺傳基礎。研究團隊進(jìn)一步利用轉錄組測序數據確認了Bace2基因結構的完整性,同時(shí)在RNA水平驗證了該突變在棕色大熊貓中真實(shí)存在。為進(jìn)一步探究該缺失突變與棕色變異關(guān)聯(lián)的可靠性,研究團隊對其它192只秦嶺、非秦嶺、或雜交的黑白大熊貓Bace2基因的該缺失變異區段進(jìn)行PCR和Sanger測序,結合35只全基因組重測序個(gè)體共227只大熊貓個(gè)體,最終確認僅兩只棕色大熊貓存在純合25bp缺失,四只秦嶺黑白色大熊貓和一只圈養黑白色大熊貓為雜合子,而其它黑白色大熊貓均為野生型純合子。

      研究人員使用CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)在C57BL/6J品系小鼠中構建了同源區段敲除的小鼠模型,發(fā)現所有Bace2-/-小鼠的毛色淺于野生型毛色。 顯微觀(guān)察發(fā)現,相較于1月齡生長(cháng)期,4月齡休止期的小鼠毛發(fā)中色素缺乏的情況更為顯著(zhù)。對小鼠背部毛發(fā)進(jìn)行透射電鏡觀(guān)察并統計單個(gè)細胞內的黑素體數量和截面積,Bace2-/-小鼠出現與棕色大熊貓相似的黑素體數量顯著(zhù)減少和截面積顯著(zhù)減小的現象。

      相關(guān)研究成果于2024年3月5日以“Taking a color photo: A homozygous 25-bp deletion in Bace2 may cause brown-and-white coat color in giant pandas”為題在美國國家科學(xué)院院刊(PNAS)發(fā)表。該項研究由中國科學(xué)院動(dòng)物研究所、秦嶺大熊貓研究中心等單位合作完成。中國科學(xué)院動(dòng)物研究所博士后官登峰、博士研究生孫淑妍為本文的共同第一作者,中國科學(xué)院動(dòng)物研究所、江西農業(yè)大學(xué)魏輔文院士和中國科學(xué)院動(dòng)物研究所胡義波研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院B類(lèi)先導專(zhuān)項、江西省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目和中國科學(xué)院青年創(chuàng )新促進(jìn)會(huì )等項目資助。

      文章鏈接:https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2317430121

      圖1. 棕白大熊貓和黑白大熊貓毛發(fā)性狀

      圖2. 棕色大熊貓家系和Bace2突變候選位點(diǎn)

      圖3. Bace2敲除小鼠和野生小鼠毛發(fā)性狀

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